Muutama päivä sitten Washingtonin yliopiston professori Aniruddh Vashisth julkaisi artikkelin kansainvälisessä arvovaltaisessa Carbon-lehdessä, jossa hän väitti kehittäneensä onnistuneesti uudentyyppisen hiilikuitukomposiittimateriaalin. Toisin kuin perinteinen hiilikuitukomposiitti, jota ei voida korjata vaurioitumisen jälkeen, uusia materiaaleja voidaan korjata toistuvasti.
Perinteisten materiaalien mekaaniset ominaisuudet säilyttäen uusi CFRP lisää uuden edun: sitä voidaan korjata toistuvasti lämmön vaikutuksesta. Lämpö voi korjata materiaalin väsymisvauriot ja sitä voidaan käyttää myös materiaalin hajottamiseen, kun se on kierrätettävä käyttöiän lopussa. Koska perinteistä CFRP:tä ei voida kierrättää, on tärkeää kehittää uusi materiaali, joka voidaan kierrättää tai korjata lämpöenergialla tai radiotaajuuslämmityksellä.
Professori Vashisthin mukaan lämmönlähde voi hidastaa uuden CFRP:n ikääntymisprosessia loputtomiin. Tarkkaan ottaen tätä materiaalia tulisi kutsua hiilikuituvahvisteiseksi vitrimeriksi (vCFRP, Carbon Fiber Reinforced Vitrimers). Lasipolymeeri (Vitrimers) on uudentyyppinen polymeerimateriaali, joka yhdistää termoplastisten ja kertamuovimuovien edut. Sen keksi ranskalainen tiedemies professori Ludwik Leibler vuonna 2011. Vitrimers-materiaalissa käytetään dynaamista sidostenvaihtomekanismia, joka voi suorittaa palautuvan kemiallisen sidoksenvaihdon dynaamisesti kuumennettaessa ja samalla säilyttää silloitetun rakenteen kokonaisuudessaan, jolloin kertamuovipolymeerit voivat olla itsekorjautuvia ja niitä voidaan käsitellä uudelleen kuten termoplastisia polymeerejä.
Yleisesti hiilikuitukomposiiteiksi kutsutut materiaalit ovat hiilikuituvahvisteisia hartsimatriisikomposiitteja (CFRP), jotka voidaan jakaa kahteen tyyppiin: lämpökovettuviin ja termoplastisiin materiaaleihin hartsirakenteen mukaan. Lämpökovettuvat komposiittimateriaalit sisältävät yleensä epoksihartsia, jonka kemialliset sidokset voivat tiivistää materiaalin pysyvästi yhdeksi kappaleeksi. Termoplastiset komposiitit sisältävät suhteellisen pehmeitä termoplastisia hartseja, jotka voidaan sulattaa ja käsitellä uudelleen, mutta tämä vaikuttaa väistämättä materiaalin lujuuteen ja jäykkyyteen.
vCFRP:n kemialliset sidokset voidaan yhdistää, irrottaa ja yhdistää uudelleen, jolloin saadaan aikaan "keskitaso" lämpökovettuvien ja termoplastisten materiaalien välille. Projektin tutkijat uskovat, että Vitrimersistä voi tulla korvaaja lämpökovettuville hartseille ja että ne voivat estää lämpökovettuvien komposiittien kertymisen kaatopaikoille. Tutkijat uskovat, että vCFRP:stä tulee merkittävä siirtymä perinteisistä materiaaleista dynaamisiin materiaaleihin ja että sillä on useita vaikutuksia koko elinkaaren kustannuksiin, luotettavuuteen, turvallisuuteen ja ylläpitoon.
Tällä hetkellä tuuliturbiinien lavat ovat yksi niistä alueista, joilla CFRP:n käyttö on laajaa, ja lapojen talteenotto on aina ollut ongelma tällä alalla. Käyttöajan päätyttyä tuhansia käytöstä poistettuja lapoja on heitetty kaatopaikalle, mikä on aiheuttanut valtavan vaikutuksen ympäristöön.
Jos vCFRP:tä voidaan käyttää terien valmistuksessa, se voidaan kierrättää ja käyttää uudelleen yksinkertaisella kuumentamalla. Vaikka käsiteltyä teriä ei voida korjata ja käyttää uudelleen, se voidaan ainakin hajottaa kuumentamalla. Uusi materiaali muuttaa kestomuovien lineaarisen elinkaaren sykliseksi elinkaareksi, mikä on iso askel kohti kestävää kehitystä.
Jos vCFRP:tä voidaan käyttää terien valmistuksessa, se voidaan kierrättää ja käyttää uudelleen yksinkertaisella kuumentamalla. Vaikka käsiteltyä teriä ei voida korjata ja käyttää uudelleen, se voidaan ainakin hajottaa kuumentamalla. Uusi materiaali muuttaa kestomuovien lineaarisen elinkaaren sykliseksi elinkaareksi, mikä on iso askel kohti kestävää kehitystä.
Julkaisun aika: 09.11.2021
